林 淋
(中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110015)
露天煤礦分區(qū)開(kāi)采是礦山普遍采用的開(kāi)采方式。分區(qū)開(kāi)采方式不僅可以規(guī)范礦區(qū)結(jié)構(gòu)、合理布置工作線,縮減開(kāi)采基建量,同時(shí)可以盡早實(shí)現(xiàn)內(nèi)排,以減少排土場(chǎng)面積及運(yùn)輸距離,為企業(yè)降低投資成本、提高礦山經(jīng)濟(jì)效益。
對(duì)礦田進(jìn)行采區(qū)劃分后,在開(kāi)采接續(xù)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)采區(qū)之間的銜接過(guò)渡是整個(gè)開(kāi)采程序的關(guān)鍵。一個(gè)好的采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方案綜合了各種因素,其中涉及產(chǎn)量、運(yùn)距、進(jìn)度、成本、效益等諸多方面,每種因素對(duì)方案的選取有著不同程度的縱伸影響。利用灰色關(guān)聯(lián)度法建立數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型綜合不同量綱級(jí)因子,對(duì)擬定轉(zhuǎn)向接續(xù)方式進(jìn)行排序,從而確定礦山最適宜的采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式。
采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)基本方式主要分為2 大類:①連續(xù)型接續(xù)方式;②間斷型接續(xù)方式。連續(xù)型接續(xù)方式主要包括直角緩幫轉(zhuǎn)向、扇形轉(zhuǎn)向、“L”形轉(zhuǎn)向等。間斷型接續(xù)方式主要指采區(qū)重新拉溝接續(xù)[1]。
直角緩幫轉(zhuǎn)向方式是在舊采區(qū)開(kāi)采后期,利用已形成的端幫進(jìn)行再擴(kuò)幫,將端幫自上而下逐臺(tái)階進(jìn)行緩幫剝離,過(guò)渡成工作幫,揭露出煤層頂板,完成新采區(qū)的基建。扇形轉(zhuǎn)向方式是讓剝采工作線都以轉(zhuǎn)向接續(xù)起點(diǎn)為扇形回轉(zhuǎn)中心,沿同一方向扇型旋轉(zhuǎn),工作幫實(shí)現(xiàn)扇型推進(jìn),由于外側(cè)工作線長(zhǎng)度較長(zhǎng),所以外側(cè)工作線推進(jìn)強(qiáng)度較于內(nèi)側(cè)工作線推進(jìn)強(qiáng)度大。“L”形轉(zhuǎn)向方式是在舊采區(qū)開(kāi)采接近尾聲時(shí),工作線采用“L”型方式對(duì)舊采區(qū)收尾以及新采區(qū)的初始擴(kuò)幫,當(dāng)采區(qū)完成轉(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí),最終工作線轉(zhuǎn)為直線型。間斷式接續(xù)方式是在舊采區(qū)開(kāi)采結(jié)束前,以重新拉溝布置工作線的方式在新采區(qū)內(nèi)進(jìn)行新的基建開(kāi)采。
連續(xù)型與間斷型接續(xù)方式的特點(diǎn)分別是:連續(xù)型接續(xù)方式顧名思義作業(yè)連續(xù),利用現(xiàn)有的工作幫和已形成或正在形成的端幫向新采區(qū)轉(zhuǎn)向過(guò)渡,無(wú)需重新拉溝,基建量小,運(yùn)輸距離短,經(jīng)濟(jì)性較好。間斷式過(guò)渡方式的特點(diǎn)是當(dāng)舊采區(qū)開(kāi)采結(jié)束后,在新采區(qū)內(nèi)重新拉溝布置開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng),新采區(qū)與舊采區(qū)之間互不干擾,但這種方式基建量較大,設(shè)備移設(shè)距離較長(zhǎng)[2]。
采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式的選取是多因素綜合的結(jié)果,影響因素種類多且復(fù)雜,包括開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)、采剝工程量、邊坡角度、生產(chǎn)成本、剝采比等等都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。一個(gè)好的露天煤礦采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式不僅僅能完成采區(qū)的自然過(guò)渡,同時(shí)還需要兼顧礦山的經(jīng)濟(jì)效益。所以,對(duì)于采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式影響因素全面細(xì)致的分析就顯得尤為重要[3-4]。
采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式的比選過(guò)程中需要綜合以下因素:首先是露天礦山開(kāi)采工藝,開(kāi)采工藝不僅決定著轉(zhuǎn)向過(guò)程中產(chǎn)生的礦巖量與運(yùn)輸距離,還決定著轉(zhuǎn)向方式選取的適用性;其次要考慮邊坡的穩(wěn)定性,邊坡的穩(wěn)定關(guān)系著整個(gè)露天煤礦的安全生產(chǎn),保證礦山的安全生產(chǎn)是露天煤礦的首要任務(wù);然后,考慮轉(zhuǎn)向接續(xù)過(guò)程中的工程量,這與礦山的生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān),這也是礦山開(kāi)采需要考慮的重要因素之一[5-6]。
綜合分析影響采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式因素,選取歸納10 大因素作為轉(zhuǎn)向接續(xù)方式選取指標(biāo)。露天煤礦采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式影響因素如圖1。
圖1 露天煤礦采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式影響因素
灰色系統(tǒng)指的是已知系統(tǒng)的部分信息,利用已知的部分信息來(lái)分析研究及預(yù)測(cè)未知信息,從而達(dá)到了解掌握整個(gè)系統(tǒng)的目的[7]。
灰色關(guān)聯(lián)度分析法是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析法,它是以各因素的樣本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)描述因素之間關(guān)系的強(qiáng)度與次序,如果樣本數(shù)據(jù)反映出的因素之間變化趨勢(shì)基本一致,那么它們之間的關(guān)聯(lián)度大;反之,它們之間的關(guān)聯(lián)度小[8]。
此外,可以用幾何方式直觀地描述灰色關(guān)聯(lián)度分析法,以序列曲線的幾何形狀相似程度來(lái)判斷因素之間聯(lián)系的緊密性,曲線之間越貼近,因素序列之間的關(guān)聯(lián)度大,反之關(guān)聯(lián)度小[9]。
評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),由于量綱、經(jīng)濟(jì)意義、表現(xiàn)形式以及對(duì)總目標(biāo)的趨向各不相同,不具有可比性,或者是比較的結(jié)果不正確,必須對(duì)其進(jìn)行無(wú)量綱化處理以后,才能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),所以在計(jì)算各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度之前,需要對(duì)原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理,建立起各個(gè)指標(biāo)比較的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化有一般有3 種方法初值法、均值法和區(qū)間法[10-11]。
1)初值法。初值法一般適用于較穩(wěn)定的多數(shù)呈穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)的數(shù)據(jù)。
式中:maxXi(k)、minXi(k)分別為行為序列指標(biāo)的最小值與最大值。
計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)應(yīng)用以下公式:
式中:ξi(k)為比較數(shù)列Xi上各點(diǎn)k 與參考數(shù)列X0上參照點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù);?是參考數(shù)列;為序列指標(biāo)數(shù)據(jù);ρ 為分辨系數(shù),取值區(qū)間在(0,1)之間,當(dāng)ρ≤0.546 3 時(shí),分辨力最好,所以通常取分辨系數(shù)ρ=0.5。
關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)是比較數(shù)列與參考數(shù)列在各個(gè)時(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)程度值,信息量多且分散不利于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體比較。因此對(duì)各個(gè)時(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)的分散值進(jìn)行處理,將其整合為1 個(gè)值,即求其平均值,作為整體關(guān)聯(lián)程度的量化數(shù)據(jù)。關(guān)聯(lián)度ri計(jì)算公式如下:
式中:ri為關(guān)聯(lián)度。
將求出的關(guān)聯(lián)度按照數(shù)值大小進(jìn)行排序比較,數(shù)值越大,與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的關(guān)聯(lián)度越高。
針對(duì)國(guó)內(nèi)某露天煤礦設(shè)計(jì)了4 個(gè)采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方案,分別是“L”形轉(zhuǎn)向方式、扇形順時(shí)針?lè)绞健⑸刃文鏁r(shí)針?lè)绞揭约爸匦吕瓬戏绞?。利用灰色關(guān)聯(lián)度法將選取的4 個(gè)轉(zhuǎn)向接續(xù)方案進(jìn)行排序,同時(shí)選取出最優(yōu)的采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式。
綜合分析采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式的影響因素,提取了9 個(gè)指標(biāo)因子,分別是轉(zhuǎn)向的經(jīng)濟(jì)效益、轉(zhuǎn)向過(guò)程煤炭?jī)r(jià)格、轉(zhuǎn)向過(guò)程生產(chǎn)成本、轉(zhuǎn)向期間剝離土巖量、轉(zhuǎn)向期間礦石量、剝離土巖平均運(yùn)距、安全邊坡角、轉(zhuǎn)向剝采比、轉(zhuǎn)向推進(jìn)度和轉(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí)間,將這些指標(biāo)因子量化,采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式指標(biāo)因子量化表見(jiàn)表1。
表1 采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式指標(biāo)因子量化表
由于表1 中9 種指標(biāo)因子量綱單位不同,首先要對(duì)指標(biāo)因子根據(jù)式(2)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)無(wú)量綱化處理,采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式指標(biāo)因子標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果見(jiàn)表2,然后利用標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)分別計(jì)算4 個(gè)擬采用方案的關(guān)聯(lián)系數(shù),采區(qū)各轉(zhuǎn)向接續(xù)方案關(guān)聯(lián)系數(shù)見(jiàn)表3。
表2 采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式指標(biāo)因子標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果
根據(jù)表3 計(jì)算出的各方案的關(guān)聯(lián)系數(shù),計(jì)算“L”形方案r1、扇形順時(shí)針?lè)桨竢2、扇形逆時(shí)針?lè)桨竢3、拉溝方案r4的平均關(guān)聯(lián)系數(shù)為:r1=0.588,r2=0.806,r3=0.629,r4=0.743,各方案優(yōu)劣排序?yàn)閞2>r4>r3>r1,扇形順時(shí)針采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)方式關(guān)聯(lián)度最高,礦山宜采用該方式作為采區(qū)過(guò)渡方式。
表3 各轉(zhuǎn)向接續(xù)方案關(guān)聯(lián)系數(shù)
1)灰色關(guān)聯(lián)度法能夠有效降低主觀因素影響,利用數(shù)學(xué)模型建立評(píng)價(jià)體系,計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單高效,評(píng)價(jià)結(jié)果直觀、準(zhǔn)確。
2)基于灰色關(guān)聯(lián)度法的采區(qū)轉(zhuǎn)向評(píng)價(jià)模型,將各類方案進(jìn)行了優(yōu)劣排序,為礦山優(yōu)選出最適合的轉(zhuǎn)向接續(xù)方式,便于礦山企業(yè)制定生產(chǎn)規(guī)劃,提升經(jīng)濟(jì)效益,該方法對(duì)露天煤礦接續(xù)開(kāi)采具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。